自上世纪八十年代海洋塑料对海洋生物的缠绕、被海洋生物摄食等生态影响被学术界关注以来,随着世界塑料制品总产量的不断增长,排放进入海洋的塑料垃圾逐渐形成了北太平洋大垃圾带等海洋垃圾聚集区。入海的塑料垃圾会随着洋流迁移、经受阳光和波浪破碎成更小的微粒——微塑料。微塑料一般定义为尺寸小于5 mm的塑料制品,不仅在人类活动较多的河口、近岸海域的水体、沉积物、生物体中有广泛分布,在人迹罕至的极端环境下也有发现。本文基于生态风险评估框架,对微塑料在不同沉积环境中的赋存特征和来源、迁移和归趋进行了研究,并创新了采样分析方法及实验室质量控制方法,尝试建立微塑料的生态风险评估框架。本文总结了沉积物中微塑料野外采样和分析方法的操作规程,针对世界范围内数据的差异性大导致无法对比的情况,试制微塑料实验室分析标准品,并进行了实验室间对比试验,以得出数据误差的来源,为研究结果的可比性提供参考值。通过对上海市河道沉积物、长江口水下表层沉积物及柱状沉积物和深海深渊带沉积物中的微塑料分布的研究,分析阐明微塑料在河口区、海岸带和深海深渊带沉积环境中的时空变化特征和趋势,得出微塑料污染热点区域的污染状况和微塑料从源到汇的转移途径。基于以上数据,进行微塑料的生态风险评估,选择合理、有效的指标,得出微塑料的生态环境效应和生态风险评估体系。由于微塑料研究是近年来起步的研究方向,在方法学方面仍存在分析标准化及质量控制的问题。本文获得的主要结论如下:(1)本研究通过创新性地研发符合环境浓度的可定量的多聚合物、多形状、多颜色的两类微塑料标准品,并在34个微塑料实验室间开展实验室间对比实验,可量化全球范围内微塑料实验室间对于同一种微塑料分析方法的分离效率。在对同一批次标准品的聚合物种类及微塑料个数不知情的情况下,各参与实验室汇报同一批次每粒标准品中所含微塑料聚合物种类及微塑料个数。实验结果表明,各实验室均能较好地鉴定微塑料聚合物的种类,但微塑料个数的统计实验室间差异较大,相对标准偏差RSD达到29-78%。(2)对海岸带的超大城市河流及潮滩沉积物中微塑料污染状况进行了调查。来自上海市六个河道采样点和一个潮滩采样点的所有沉积物样品中都含有微塑料污染。人口密集地区附近河道中的微塑料丰度比上海郊区的潮滩沉积物中微塑料丰度高出一到两个数量级。六个河道沉积物站位中的微塑料平均丰度为802个/kg干重。河道沉积物中的微塑料的特征与潮滩中的微塑料特征明显不同。在所有河道沉积物中,白色球形占主导,而潮滩中的纤维和碎片数量多于球形微塑料。本研究证实了河流输入是河口微塑料的主要来源。(3)长江口表层沉积物中微塑料研究结果表明,长江口沉积物中存在微塑料污染,微塑料丰度为20-340个/kg干重。其中,上海东南部的白龙港污水处理厂附近的站位微塑料含量最高。上海东南岸附近站位的微塑料丰度远高于长江口的其他区域。显微红外光谱仪鉴定出人造丝、聚酯纤维和丙烯酸以及其他三种塑料聚合物,均为衣物原料中常见的纤维,这表明沉积物中微塑料的主要来源可能是衣物洗涤。(4)长江口柱状沉积物中微塑料的研究中,仅在沉积物重力柱90 cm以上的深度检测到微塑料,微塑料的最大丰度出现在重力柱顶部16 cm处。沉积柱表层4-16 cm处的微塑料含量为180个/kg干重沉积物,由我国塑料开始生产时间判断,该重力柱84 cm的沉积物年龄在1950年代左右。对比其他测年方式,这项研究表明,多方法综合测年可以建立近百年来的高分辨率年代框架,并提出微塑料的检出深度可能具有年代学意义。(5)本研究在三个世界最深海沟的沉积物中发现了丰度较高的微塑料,平均丰度为71.1个/kg干重,表明微塑料已经在地球最深角落的底部积累,使得深渊海沟成为进入海洋的微塑料重要的储存库。本研究提供了关于深渊环境(深度达10890 m)的微塑料污染的基础数据,证实了微塑料污染已到达全海深。微塑料从海水表层输送到深渊海沟的一系列过程机制为微塑料从大洋海水表层到海底的垂直输运过程提供了答案。(6)本研究对上海市河流及潮滩沉积物中的微塑料生态风险利用聚合物单体毒性进行了生态风险评估。同时,还利用了近年来新近提出的总体暴露途径(Aggregate Exposure Pathways,AEP)框架开展微塑料的风险评估,利用本研究取得的河口区、海岸带和深海带微塑料赋存特征,对现有数据进行整合,阐明AEP框架用于微塑料评估时仍需要填补的数据。